燃烧和爆炸
燃烧与爆炸基本原理
由于火焰传播的不稳定性，故火焰速度的测定易受各种条 件的影响。例如，气体流动中的耗散性、界面效应、管壁 摩擦、密度差、重力作用、障碍物绕流及射流效应等可能 引起湍流和漩涡，使火焰不稳定，其表面变得皱褶不平， 从而增大火焰面积、体积和燃烧速率，增强爆炸破坏效应。 在某些条件下燃烧可转变为爆轰，达到最大破坏效果。
分子式
C3H6O CH3COC2H5
CH3OH H2
CO
基本燃烧速度/ m/s 0.54 0.42 0.56 3.12
0.46
C6H14
0.46
ห้องสมุดไป่ตู้
二氧化碳
CS2
0.58
C2H4
0.80
苯
C6H6
0.48
C3H6
0.52
甲苯
C6H5CH3
0.41
C4H8
0.51
汽油
C6H5CH3
0.40
C2H2
1.80
CaHbOcSdyccO2 aCO2b2H2O(g)dSO2
bc
ycc
a d 42
燃料的浓度称为燃料在氧气中的化学计量浓度，表示为
ycho
1 1 ycc
1.1燃烧的基本概念
可燃气体在空气中燃烧时，若把空气组成视为氧气占 20.95％，其他占79.05％，则当燃料 CaHbOcSd 与空气的混合 比例恰好满足热化学方程式
1.1燃烧的基本概念
➢氧气不足，燃料有剩余， y ymin 。在这种条件下，只有 部分C元素被氧化为CO，无CO2生成，部分H元素被氧化 为H2O，部分S元素被氧化为SO2，剩余燃料气以气态分 子形式存在，
燃烧和爆炸理论重点
第三章 物质的燃烧
预混气中火焰的传播理论：火焰（即燃烧波）在预混气中传播，从气体动力学理论可以证明存在两种传播方式：正常火焰传播和爆轰。
（Ⅰ）区是爆轰区。特点：①燃烧后气体压力要增加 ②燃烧后气体密度要增加 ③ 燃烧波以超音速进行传播
（Ⅲ）区是正常火焰传播区。 特点：① 燃烧后气体压力要减少或接近不变；② 燃烧后气体密度要减少； ③ 燃烧波以亚音速（即小于音速）进行传播。
火焰前沿的特点：（1）火焰前沿可以分成两部分：预热区和化学反应区。 （2）火焰前沿存在强烈的导热和物质扩散。
火焰传播机理：（1）火焰传播的热理论：火焰能在混气中传播是由于火焰中化学反应放出的热量传播到新鲜冷混气中，使冷混气温度升高，化学反应加速的结果。
（2）火焰传播的扩散理论：凡是燃烧都属于链式反应。火焰能在新鲜混气中传播是由于火焰中的自由基向新鲜冷混气中扩散，使新鲜冷混气发生链锁反应的结果。
可燃物质在空气充足的条件下，达到一定温度与火源接触即行着火，移去火源后仍能持续燃烧达5min以上，这种现象称为点燃。
在无外界火源的条件下，物质自行引发的燃烧称为自燃。
物质自燃有受热自燃和自热燃烧两种形式。
受热自燃的两个条件：外部热源、有热量积蓄的条件
自热自燃的三个条件：必须是比较容易产生反应热的物质; 此类物质要具有较大的比表面积或是呈多孔隙状的，有良好的绝热和保温性能；热量产生的速度必须大于向环境散发的速度。
爆燃是一种燃烧过程，反应阵面移动速度低于未反应气体中的声速，反应阵面主要通过传导和扩散进入未反应气体中。爆燃是一种带有压力波的燃烧，爆燃发生时，反应阵面的传播速度低于声速。
爆轰的反应阵面移动速度比未反应气体中的声速高。对爆轰来说，主要通过压缩反应阵面前面的未反应气体使其受热，从而使反应阵面向前传播。
燃烧和爆炸特性、机理和速度
2.2 燃烧机理
• 2.2.1 燃气燃烧的连锁反应 • 在燃烧反应中，气体分子间互相作用，往往不是
两个分子直接反应生成 最后产物，而是活性分子 自由基与分子间的作用。 • 活性分子自由基与另一个分子作用产生新的自由 基，新自由基又迅速参加反应，如此延续下去形 成一系列连锁反应。 • 连锁反应通常分为直链反应和支链反应两种类型。
剧烈的氧化还原反应 放出大量的热 发出光
• 以上三个要点同时成立的才为燃烧。如，氢在氯 中燃烧。金属和酸反应非燃烧，灯泡中的灯丝非 燃烧。
2.1.2 燃烧条件
• 燃烧三要素：
有可燃物的存在； 有助燃物的存在； 有能导致着火的能源。
• 需要说明的是，具备以上三要素并不一定引起燃 烧，如可燃物与助燃物的比例（浓度）、点火源 的强度（温度）等。
• 测定闪点的影响因素: P23 • 点火源大小与离液面的距离、加热速度、试样的
均匀程度、试样纯度、测试容器、大气压力等。
• (3)自燃和自燃点 • 在无外界火源的条件下，物质自行引发的燃烧称为自燃。自燃
的最低温 度称为自燃点。
• 物质自燃有受热自燃和自热自燃两种类型。
• ①受热自燃。可燃物质在外部热源作用下温度升高，达到其自 燃点而自行燃烧称之为受热自燃。受热自燃的两个条件为：有 外部热源和有热量蓄积的条件。
• 燃烧理论用连锁反应解释物质燃烧的本质, 认为燃 烧是一种自由基的连锁反应,提出燃烧四面体学说。
• 连锁反应不爱限制，自由基反应才能继续。这是 燃烧的第四要素，是某些灭火技术理论的基础。
2.1.3 燃烧过程和燃烧形式
• 可燃物质和助燃物质存在的相态、混合程度和燃 烧过程不尽相同，燃烧形式多种多样。
2.3 燃烧速度
• 2.3.1 可燃气体的燃烧速度
燃烧与爆炸学
1、可燃固体阴燃转变为明火燃烧需要的条件？有利于阴燃的上述因素也都有利于阴燃向有焰燃烧的转变，如外加空气流有利于这种转变；向上传播的阴燃比向下传播的阴燃更容易向有焰燃烧转变；棉花等松软、细微的阴燃很容易转变为有焰燃烧等。
从总体上讲，当炭化区的温度增加时，由于热传导使得热解区温度上升，热解速率加快，挥发分增多，这时热解区附近空间的可燃气体浓度加大。
当温度继续升高时，也可自燃着火。
这就完成了阴燃向有焰燃烧的转变。
由于这一转变过程是个非稳态过程，要准确确定转变温度是很难的。
概括地讲，阴燃向有焰燃烧的转变主要有以下几种情形：（1）阴燃从材料堆垛内部传播到外部时转变为有焰燃烧。
在材料堆垛内部，由于缺氧，只能发生阴燃。
但只要阴燃不中断传播，它终将发展到堆垛外部，由于不再缺氧，就很可能转变为有焰燃烧。
（2）加热温度提高，阴燃转变为有焰燃烧。
阴燃着的固体材料受到外界热量的作用时，随着加热温度的提高，热解区内挥发分的释放速率加快。
当这一速率超过某个临界值后，阴燃就会发展为有焰燃烧。
这种转变也能在材料堆垛内部发生。
（3）密闭空间内材料的阴燃转变为有焰燃烧（甚至轰燃）。
在密闭空间内，因供氧不足，其中的固体材料发生着阴燃，生成大量的不完全燃烧产物充满整个空间，这时，如果突然打开空间的某些部位，因新鲜空气进入，在空间内形成可燃性混合气体，进而发生有焰燃烧，也有可能导致轰燃。
这种阴燃向轰燃的突发性转变是非常危险的。
2、简述谢苗诺夫自燃理论与弗兰克-卡门涅茨基自燃理论。
（1）谢苗诺夫自燃理论任何反应体系中的可燃混合气，一方面它会进行缓慢氧化而放出热量，使体系温度升高，另一方面体系又会通过器壁向外散热，使体系温度下降。
热自燃理论认为，着火是反应放热因素与散热因素相互作用的结果。
如果反应放热占优势，体系就会出现热量积聚，温度升高，反应加速，发生自燃；相反，如果散热因素占优势，体系温度下降，就不能自燃。
在谢苗诺夫热自燃理论中，假定体系内部各点温度相等。
燃烧与爆炸
1.燃烧：可燃物与氧化剂发生的放热反应，通常伴有火焰、发光和发烟的现象。
火灾：在时间或空间上失去控制的燃烧所造成的灾害。
爆炸：物质由一种状态迅速地转变为另一种状态，并瞬间以机械功的形式放出大量气体和能量的现象。
2.火灾和爆炸事故的特点：严重性、复杂性、突发性3燃烧的必要条件：可燃物、氧化剂、点火源燃烧的充分条件：一定浓度的可燃物；一定的着火能量；一定的含氧量；相互作用燃烧的持续条件：反应释放足够能量维持燃烧燃烧形成要素：可燃物、氧化剂、着火源→外加热、合理配比、混合作用4.燃烧本质是一种特殊的氧化还原反应。
特征：放热、火焰、发光、发烟5.点火源种类：化学能；电能；机械能；光能；核能；高温表面；地热、火山爆发6.燃烧爆炸的形式：①按照燃烧反应进行程度：完全燃烧、不完全燃烧②按照产生燃烧反应相：均相燃烧、非均相燃烧③按照可燃性气体的燃烧过程：预混燃烧（层流预混燃烧、湍流预混燃烧）、扩散燃烧④蒸发燃烧⑤、分解燃烧⑥、表面燃烧⑦、延迟燃烧⑧、阴燃⑨、粉尘爆炸⑩、单纯物质的分解爆炸○11炸药燃烧○12气体泄漏燃烧○13绝热燃烧○14喷雾燃烧7.燃烧类型：闪燃、点燃、自燃8.闪燃：可燃液体挥发的蒸汽与空气混合达到一定浓度，或可燃固体受热到一定温度后，遇明火发生的一闪即灭的燃烧现象。
闪点：液体在空气中或在液面附近产生蒸气，其浓度足够被点燃时的最低温度。
9.闪燃与闪点的重要性：闪燃是可燃液体着火的前奏，是危险的警告；闪点是衡量可燃液体火灾危险性的重要依据。
10.点燃：也叫强制着火，引燃。
是指可燃物的局部在点火源的作用下起火，移去火源后仍能保持继续燃烧的现象。
燃点：又叫着火点。
可燃物在空气充足条件下，达到某一温度时与火源接触即行着火（出现火焰或灼热发光），并在火源移去后仍能继续燃烧的最低温度。
11. 重要性：燃点对评价可燃固体和闪点较高的可燃液体的火灾危险性具有实际意义，燃点越低，越易着火，火灾危险性越大；控制这类可燃物的温度在燃点以下是预防火灾发生的有效措施之一。
燃烧与爆炸的基础知识
燃烧与爆炸的基础知识一、燃烧的基础知识1、什么是燃烧？燃烧是一种复杂的物理化学过程。
同时伴有发光、发热激烈的氧化反应。
其特征是发光、发热、生成新物质。
铜与稀硝酸反应，虽然属于氧化反应．有新物质生成，但没有产生光和热，不能称它为燃烧；灯泡中灯丝通电后虽发光、发热，但不是氧化反应，也不能称它为燃烧。
如金属钠、赤热的铁在氯气中反应等，才能称为燃烧。
2、燃烧的条件燃烧必须具备以下三个条件：（1）可燃物质什么叫可燃物质？所有物质分为可燃物质、难燃物质和不可燃物质二类。
可燃物质是指在火源作用下能被点燃，并且当点火源移开后能继续燃烧直至燃尽的物质；难燃物质为在火源作用下能被点燃，当点火源移开后不能维持继续燃烧的物质；不可燃物质是指在正常情况下不能被点燃的物质。
可燃物质是防火防爆的主要研究对象。
凡能与空气、氧气或其他氧化剂发生剧烈氧化反应的物质，都可称为可燃物质。
可燃物质种类繁多，按物理状态可分为气态、液态和固态三类。
化工生产中使用的原料、生产中的中间体和产品很多都是可燃物质。
处于蒸气或其他微小分散状态的可燃物质和氧之间极易引发燃烧。
多数固体研磨成粉状或加热蒸发极易起火。
液体则显现出很大的不同。
有些液体在远低于室温时就有较高的蒸气压，就能释放出危险量的易燃蒸气。
另外一些液体在略高于室温时才有较高的蒸气压，还有一些液体在相当高的温度才有较高的蒸气压。
很显然，液体释放出蒸气与空气形成易燃混合物的温度是其潜在危险的量度，这可以用闪点来表示，闪点愈低，愈危险。
排除潜在火险对于防火安全是重要的。
为此必须用密封的有排气管的罐盛装易燃液体，把易燃物料置于耐火建筑中。
应用或贮存中度或高度易燃液体时进行通风。
用爆炸或易燃蒸气指示器连续检测蒸气浓度。
（2）助燃物质什么叫助燃物质？凡是具有较强的氧化能力，能与可燃物质发生化学反应并引起燃烧的物质均称为助燃物。
化学危险物品分类中的氧化剂类物质均为助燃物。
除此之外，助燃物还包括一些未列入化学危险物品的氧化剂如正常状态下的空气等，为了明确助燃物的种类，应首先了解列入危险物品的氧化剂的种类，在此基础上，再了解未列入危险物品氧化剂类的助燃物有哪些种类。
爆炸和燃烧的区别和联系
爆炸和燃烧的区别和联系爆炸和燃烧是我们生活中常见的现象。
许多人往往把爆炸和燃烧看作是同一种现象，但实际上两者是有本质区别的。
爆炸是指物质在短时间内迅速放出大量的能量并产生强烈的冲击波和压力波，而燃烧是指物质与氧气反应放出热能并产生光和烟。
本文将分析爆炸和燃烧的区别和联系。
首先让我们来看看爆炸的特征。
爆炸产生的能量很大，并且能在短时间内迅速放出。
这些能量往往来自于物质内部的化学能、核能或机械能等。
爆炸瞬间产生的高温高压燃烧物质，使其发生体积迅速膨胀，大量的气体和热能释放，形成强烈的冲击波和压力波。
爆炸所产生的冲击波和压力波有很强的杀伤力，可以摧毁物体，造成重大损失。
如炸药在爆炸时，释放出巨大的热和压力，瞬间将周围的物体炸成碎片。
与之相对应的是燃烧的特征。
燃烧是指物质与氧气反应释放出热能的一种过程。
燃烧需要热源来激发反应，但反应一旦开始，会自我维持并释放出大量热能，从而促使更多的反应发生。
燃烧的反应产生的热能大多数以光和烟的形式释放出来。
燃烧会产生一定量的废气，但压力和温度并不会像爆炸那样迅速升高。
例如，木材燃烧时，会发出明亮的火光和黑烟。
虽然燃烧也可以造成一定程度的破坏，但燃烧的杀伤力远远不及爆炸。
尽管爆炸和燃烧有着本质区别，但两者也有一定的联系。
事实上，爆炸通常是一种非常强烈的燃烧过程。
当可燃物质与氧气充分接触并点燃时，燃烧会释放出大量的热能。
如果这些能量无法及时释放，可能会导致可燃物质瞬间迅速膨胀、燃烧区域内的温度和压力急剧升高形成爆炸。
理解爆炸和燃烧的区别和联系对我们生活中的许多情况都有很大的帮助。
比如，在正确地处理易燃易爆物品时，需要知道两者的区别，在进行燃烧处理时，应该采取安全防护措施，避免意外的爆炸发生。
总的来说，爆炸是指在短时间内迅速放出大量的能量并产生强烈的冲击波和压力波，而燃烧是指物质与氧气反应放出热能并产生光和烟。
虽然两种现象有着本质区别，但在某些情况下，爆炸是由剧烈的燃烧过程引起的。
燃烧与爆炸基本原理(共134张PPT)
炸的条件，从而引起二次爆炸。
化学反应失控—放热化学反应如硝化、磺化、氧化、氯化、聚合等失
控引起温度迅速升高、反应速度急剧加快、内压急剧上升。
1.2 爆炸的基本概念
按化学爆炸发生的场合，可分为3类
密闭空间内爆炸—介质燃烧爆炸发生在封闭空间内，如压力容器或管
燃烧的基本概念
➢氧气不足，燃料有剩余， y 。ym在in 这种条件下，只有部分C元
素被氧化为CO，无CO2生成，部分H元素被氧化为H2O，部分S 元素被氧化为SO2，剩余燃料气以气态分子形式存在，
C a H b O c S d y O 2 3 .7 7 y N 2a C O 2 b H 2 O 3 .7 7 y N 2d S O 2 (1 )C aH b O c S d 4 y
C5H12
基本燃烧速度/ m/s 0.40 0.47 0.46 0.45
0.46
气体 丙酮 丁酮 甲醇
氢
一氧化碳
分子式
C3H6O CH3COC2H5
CH3OH H2
CO
基本燃烧速度/ m/s 0.54 0.42 0.56 3.12
0.46
C6H14
0.46
二氧化碳
CS2
0.58
C2H4
0.80
苯
C6H6
燃烧的基本概念
1.1.6 理论火焰温度
火焰温度与燃烧条件有关，燃料特性、混合比、散热条件、约束 条件等都有重要影响。一般采用绝热燃烧温度来衡量燃烧特性。
如果燃烧反应所放出的热量未传到外界，而全部用来加热燃烧 产物，使其温度升高，则这种燃烧称为绝热燃烧。
在不计及离解作用的条件下，绝热燃烧时所能达到的温度最高， 这一温度称为理论燃烧火焰温度。
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燃烧和爆炸一、燃烧与火灾
燃烧是可燃物质在点火能量的作用下发生的一种放热发光的氧
化-还原反应。
在生产与生活过程中，凡是超出有效范围并造成破坏的燃烧统称为火灾。
按可燃物类别，火灾可分为气体火灾、液体火灾、（固体）可燃物火灾、电气火灾及金属火灾等五类。
二、燃烧的条件
1* 燃烧的必要条件
可燃物、助燃物和点火能源是燃烧得以发生的三个必要条件，亦即通常所说的燃烧三要素。
（1）可燃物
是指在点火能源作用下被点燃，且当火源移去后仍可继续维持燃烧，直到燃烬的物质。
（2）助燃物
也称氧化剂，是指具有较强的氧化性能，能与可燃物质发生氧化反应并引起燃烧的物质。
（3）点火能源
是指具有一定温度和热量能引起可燃物质着火的能源。
常见的点火能源有火焰、电火花、电弧和炽热物体等。
2·引起燃烧的能量
有时即使上述三个要素都具备，燃烧也并不一定发生，这是因为燃烧对可燃物和助燃物有一定的浓度和数量要求，对点火能源有一定的强度和能量要求。
例如甲烷的浓度小于5%或空气中氧气含量小于12%时不能燃烧。
当空气中氧气含量小于14%时，木材也不会燃烧。
若用热能引燃甲烷/空气混合气体，当温度低于甲烷的自燃点时，燃烧不会发生。
电焊火星的温度高达1200℃，可以点燃爆炸性混合气体。
但如果落在木块上，通常不会引起燃烧。
因为木块所需的点火能量远大于爆炸性混合气体，火星的温度虽高，但热量不足，故不能引燃木材。
由此可见，具备一定数量和浓度的可燃物和助燃物以及具备一定强度和能量的点火能源同时存在，并且发生相互作用，才是引起燃烧的根本原因。
三、燃烧的分类
燃烧按物质形态的不同分为气体燃烧、液体燃烧和固体燃烧。
按其燃烧形式可分为自燃、内燃和着火等类型。
1·自燃
可燃物质受热升温而不需明火作用就能自行着火的现象称为自燃。
引起自燃的最低温度称为自燃点。
自燃点越低，危险性越大；
2·闪燃与闪点
可燃液体的温度不高时，液面上少量的可燃蒸气与空气混合后，遇着火源而发生一闪即灭（延续时间小于5秒）的燃烧现象，称为闪燃。
可燃液体发生闪燃的最低温度称为该可燃液体的闪点。
闪点越低，火灾危险性越大；
3·着火与燃点
着火就是可燃物质与火源接触后发生燃烧，并在火源移去后仍继续保持燃烧的现象。
可燃物质发生着火的最低温度称为着火点或燃点。
两种燃点不同的物质处在相同条件下，当受到火源作用时，燃点低的物质首先着火。
四、爆炸
1．爆炸及其分类
爆炸是一种极为迅速的能量释放过程。
在此过程中，物质以极快的速度把其内部所含有的能量释放出来，转变成巨大的压力和光及热等能量形态。
所以一旦发生爆炸，就可能会产生巨大的破坏作用。
按物质发生爆炸的原因和性质，爆炸可分为物理爆炸、化学爆化和核爆炸三类。
（1）物理爆炸。
指由物理变化（温度、体积、压力等因素）引起的爆炸。
最常见者如蒸气锅炉和高压气瓶的爆炸等。
其特点在于爆炸前后，爆炸物质的性质及化学成分均不变。
物理爆炸的破坏程度取决于蒸气或气体的压力；
（2）化学性爆炸。
是物质在短时间内完成化学变化，形成其他物质，同时产生大量气体并释放能量的现象。
化学性爆炸根据瞬时燃烧速度的不同分为：轻爆、爆炸和爆轰；
（3）核爆炸。
系物质的原子核发生裂变（如U235的裂变）或聚变（如氘、氚的聚变）反应，瞬间释放出巨大能量而形成的爆炸现象。
此外，爆炸还可以按爆炸反应的相分为气相爆炸、液相爆炸和固相爆炸3种。
2·爆炸性物质的分类
（1）《中华人民共和国爆炸危险场所电气安全规程（试行）》（劳人护[1987]36号）（1987年12月原劳动人事部与公安部等8个部委联合颁布）将爆炸性物质分为三类。
a·I级矿井甲烷；
b·II级爆炸性气体、蒸气；
c·III级爆炸性粉尘、纤维。
（2）最大试验安全间隔、最小点燃电流、引燃温度
a·最大试验安全间隔(MESG单位是毫米) 在标准实验条件下，壳内所有浓度的被试验气体或蒸气与空气的混合物点燃后，通过25mm 长的接合面均不能点燃壳外爆炸性气体混合物的外壳空腔两部分之间的最大距离。
b·最小点燃电流指在规定条件下，能点燃最易点燃混合物的最小电流。
c·引燃温度指按标准试验方法试验时，引燃爆炸性混合物的最低温度。
（3）爆炸性气体和爆炸性粉尘的分级和分组
a·爆炸性气体按其最大实验间隔和最小点燃电流比分级，按其引燃温度分组，共分：
I；IIA、IIB、IIC等四级和T1、T2、T3、T4、T5、T6等六组。
b·爆炸性粉尘按其物理性质分级，按其引燃温度分组，共分：
IIIA、IIIB两级和T1—1、T1 —2、T1—3等三组。
3．可燃物质发生化学性爆炸的条件
可燃物质化学性爆炸，是一种速度极快的燃烧现象，必须同时具备燃烧的三个条件：
（1）存在可燃物质，包括可燃气体、蒸气或粉尘；
（2）存在氧化剂且与可燃物质形成爆炸性混合物；
（3）存在温度和能量达到燃点的引火源。
引起爆炸性混合物发生爆炸的最小火花所具有的能量称为最小
引燃能量。
对于任何一种可燃爆炸性混合物，都有一个最小引燃量，低于这个能量，混合物就不会发生爆炸。